基于儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)的斷路器防跳測(cè)試方法*

*基金項(xiàng)目：2021年國(guó)家電網(wǎng)公司研究開(kāi)發(fā)費(fèi)項(xiàng)目計(jì)劃（群創(chuàng)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）（5211JX21000U）資助

作者簡(jiǎn)介：吳立文(1981—)，男，高級(jí)工程師，繼電保護(hù)工作。

張嘉文(1989—)，男，工程師，繼電保護(hù)工作。

沈熙辰(1986—)，男，工程師，變電站自動(dòng)化工作。

朱勝輝(1983—)，蔣政(1985—)男，高級(jí)工程師，繼電保護(hù)工作。

0   引言

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，斷路器短時(shí)間內(nèi)反復(fù)分閘、合閘的現(xiàn)象稱為斷路器跳躍。當(dāng)發(fā)生上述事件時(shí)，將損壞斷路器本體，甚至導(dǎo)致母差保護(hù)中斷路器保護(hù)動(dòng)作失靈，擴(kuò)大事故范圍，進(jìn)而嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行^[1]。為此，防跳作為有效應(yīng)對(duì)斷路器跳躍的措施，已成為斷路器正常運(yùn)行必不可少的組成部分。目前，防跳主要通過(guò)保護(hù)設(shè)備中的操作箱（以下簡(jiǎn)稱操作箱防跳）或者斷路器本體機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱斷路器防跳）實(shí)現(xiàn)，且兩者不可同時(shí)存在，以免產(chǎn)生寄生回路影響防跳功能[2]。操作箱防跳和斷路器防跳實(shí)現(xiàn)原理有所不同，通常，操作箱防跳由分閘命令觸發(fā)，斷路器防跳由合閘命令觸發(fā)。相比斷路器防跳，操作箱防跳屬于上級(jí)，目前優(yōu)先采用斷路器防跳。

1   斷路器防跳測(cè)試

在實(shí)際運(yùn)行情況下，根據(jù)斷路器發(fā)生跳躍時(shí)初始位置狀態(tài)不同，又可分為合位防跳和分位防跳。合位防跳是斷路器在合位時(shí)持續(xù)發(fā)合閘命令，之后在保持合閘命令的同時(shí)持續(xù)發(fā)分閘命令，若防跳功能正常，則斷路器變?yōu)榉治缓蟛辉賱?dòng)作。分位防跳是斷路器在分位時(shí)持續(xù)發(fā)分閘命令，之后在保持分閘命令的同時(shí)持續(xù)發(fā)合閘命令，若防跳功能正常，則斷路器先合后分，且當(dāng)儲(chǔ)能（彈簧機(jī)構(gòu)為彈簧已儲(chǔ)能，液壓機(jī)構(gòu)為壓力閉鎖復(fù)歸）結(jié)束后不再動(dòng)作。本文提出的斷路器防跳測(cè)試方法如圖1所示。

圖1 斷路器防跳測(cè)試流程

2   斷路器防跳測(cè)試的時(shí)序確定

2.1 斷路器動(dòng)態(tài)特性記錄

檢測(cè)斷路器初始位置狀態(tài)：若初始斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0，則判定斷路器處于分位，此時(shí)進(jìn)行單次合閘操作。當(dāng)發(fā)出合閘脈沖時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，檢測(cè)到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ = 1 時(shí)，記錄此時(shí)定時(shí)器的數(shù)值Δt = tcls，并考慮10 ms 的時(shí)間裕度，合閘響應(yīng)時(shí)間Tcls =tcls +10，單位為ms。合閘響應(yīng)時(shí)間如圖2 所示。

圖2 合閘響應(yīng)時(shí)間

若初始斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1，則判定斷路器處于合位，此時(shí)進(jìn)行單次分閘操作。當(dāng)發(fā)出分閘脈沖時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，檢測(cè)到斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0 時(shí)，記錄此時(shí)定時(shí)器的數(shù)值Δt = t_trip，并考慮10 ms 的時(shí)間裕度，分閘響應(yīng)時(shí)間T_trip =t_trip +10，單位為ms。分閘響應(yīng)時(shí)間如圖3 所示。

圖3 分閘響應(yīng)時(shí)間

其他情況，則為斷路器位置開(kāi)入異常。

2.2 儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)

針對(duì)未在數(shù)據(jù)記錄表中的斷路器型號(hào)，采用儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)。

若斷路器處于分位，則跳過(guò)下一步。

若斷路器處于合位，發(fā)短時(shí)分閘脈沖，使斷路器處于分位。

發(fā)合閘脈沖（脈寬為Tcls）的同時(shí)，定時(shí)器啟動(dòng)，檢測(cè)到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1 時(shí)，取脈寬時(shí)間Tcls 與首次檢測(cè)到斷路器合位時(shí)間的最大時(shí)刻停發(fā)合閘脈沖。再等待10 ms 后，發(fā)分閘脈沖（脈寬為Ttrip），檢測(cè)到斷路器跳位TWJ=1 且斷路器合位HWJ=0，同理，取分閘脈寬與此次檢測(cè)到斷路器分位時(shí)間的最大時(shí)刻停發(fā)分閘脈沖。再等待10 ms 后，持續(xù)發(fā)合閘脈沖，直到再次檢測(cè)到斷路器跳位TWJ=0 且斷路器合位HWJ=1 時(shí)，停發(fā)合閘脈沖，并記錄定時(shí)器的數(shù)值，該值減去首次檢測(cè)到斷路器合位的時(shí)間差為Δt，即為合閘儲(chǔ)能所需最小時(shí)間tsmin?？紤]到合閘儲(chǔ)能時(shí)間的離散分布范圍，該型號(hào)斷路器的合閘儲(chǔ)能平均時(shí)間設(shè)為Ts = tsmi +1 000，單位為ms。將該型號(hào)斷路器合閘儲(chǔ)能時(shí)間錄入數(shù)據(jù)記錄表。儲(chǔ)能自學(xué)習(xí)時(shí)間如圖4 所示。

若斷路器合閘儲(chǔ)能時(shí)間數(shù)據(jù)記錄表中已有待測(cè)型號(hào)斷路器，則采用該值作為待測(cè)型號(hào)斷路器的合閘儲(chǔ)能時(shí)間。

圖4 儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)

2.3 操作箱防跳測(cè)試

若斷路器處于合位，則持續(xù)發(fā)合閘脈沖，200 ms 后持續(xù)發(fā)分閘脈沖，若檢測(cè)到斷路器由初始合位，變?yōu)榉治缓?，不再變化，則操作箱具備合位防跳，否則不具備。操作箱合位防跳時(shí)序如圖5 所示。

圖5 操作箱合位防跳測(cè)試

若斷路器處于分位，則持續(xù)發(fā)分閘脈沖，200 ms 后持續(xù)發(fā)合閘脈沖，若檢測(cè)到斷路器由初始分位，變?yōu)楹衔缓?，再次變?yōu)榉治?，且?dāng)合閘脈寬持續(xù)時(shí)間大于合閘儲(chǔ)能平均時(shí)間Ts，斷路器位置并不再變化，則操作箱具備分位防跳，否則不具備。操作箱分位防跳時(shí)序如圖6所示。

圖6 操作箱分位防跳測(cè)試

2.4 斷路器機(jī)構(gòu)防跳測(cè)試

對(duì)于分相機(jī)構(gòu)，為防止斷路器機(jī)構(gòu)三相不一致動(dòng)作導(dǎo)致防跳測(cè)試失敗，應(yīng)先校驗(yàn)斷路器機(jī)構(gòu)三相不一致動(dòng)作時(shí)間繼電器。

若斷路器為分位（三相均為分位），任取一相發(fā)合閘脈沖（脈寬為Tcls），則該相先變?yōu)楹衔?，?jīng)三相不一致動(dòng)作時(shí)間T3p 后，該相再次變?yōu)榉治弧?/p>

若斷路器為合位（三相均為合位），任取一相發(fā)分閘脈沖（脈寬為Ttrip），則該相先變?yōu)榉治?，?jīng)三相不一致動(dòng)作時(shí)間T3p 后，其余兩相由初始合位變?yōu)榉治?。之后，進(jìn)行防跳測(cè)試。

若斷路器為合位（三相均為合位），三相持續(xù)發(fā)合閘脈沖，200 ms 后三相持續(xù)發(fā)分閘脈沖，若檢測(cè)到斷路器由初始合位，變?yōu)榉治唬ㄈ嗑鶠榉治唬┖?，任一相均不再變化，則斷路器機(jī)構(gòu)具備合位防跳，否則不具備。

若斷路器為分位（三相均為分位），三相持續(xù)發(fā)分閘脈沖，200 ms 后三相持續(xù)發(fā)合閘脈沖，若檢測(cè)到斷路器由初始分位，變?yōu)楹衔唬ㄈ嗑鶠楹衔唬┖?，再次變?yōu)榉治唬ㄈ嗑鶠榉治唬?，且?dāng)合閘脈寬持續(xù)時(shí)間大于合閘儲(chǔ)能平均時(shí)間Ts，任一相均不再變化，則斷路器機(jī)構(gòu)具備合位防跳，否則不具備。

3   斷路器防跳測(cè)試步驟

3.1 參數(shù)初始化

獲取已有同類型斷路器機(jī)構(gòu)和保護(hù)操作箱基礎(chǔ)信息，如無(wú)，則記錄斷路器機(jī)構(gòu)和保護(hù)操作箱基礎(chǔ)信息。獲取或記錄的斷路器機(jī)構(gòu)和保護(hù)操作箱基礎(chǔ)信息，包括間隔名稱、斷路器機(jī)構(gòu)型號(hào)、斷路器機(jī)構(gòu)工作原理類型、斷路器機(jī)構(gòu)出廠日期和保護(hù)操作箱型號(hào)。

3.2 合閘分閘響應(yīng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試

通過(guò)斷路器動(dòng)態(tài)特性測(cè)試獲得斷路器合閘和分閘響應(yīng)時(shí)間。通過(guò)合閘與分閘觸發(fā)時(shí)刻與雙位置變位時(shí)刻的差值考慮平均值誤差。

3.3 合閘儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)

合閘儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)，獲得斷路器連續(xù)兩次合閘之間需等待的儲(chǔ)能時(shí)間。

針對(duì)未在數(shù)據(jù)記錄表中的斷路器型號(hào)，采用儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)習(xí)。

若斷路器處于分位，則跳過(guò)下一步。

若斷路器處于合位，發(fā)短時(shí)分閘脈沖，使斷路器處于分位。

進(jìn)行斷路器儲(chǔ)能時(shí)間自學(xué)測(cè)試。

將該型號(hào)斷路器合閘儲(chǔ)能時(shí)間錄入數(shù)據(jù)記錄表。若斷路器合閘儲(chǔ)能時(shí)間數(shù)據(jù)記錄表中已有待測(cè)型號(hào)斷路器，則采用該值作為待測(cè)型號(hào)斷路器的合閘儲(chǔ)能時(shí)間。

3.3 三相不一致動(dòng)作時(shí)間測(cè)試

若斷路器機(jī)構(gòu)為220 kV 分相機(jī)構(gòu)，則先校驗(yàn)三相不一致時(shí)間繼電器，排除三相不一致動(dòng)作時(shí)間不準(zhǔn)確對(duì)防跳測(cè)試的誤判^[3-5]。

3.4 斷路器機(jī)構(gòu)的分位與合位防跳測(cè)試

參考2.4 節(jié)。

3.5 保護(hù)操作箱的分位與合位防跳測(cè)試

先拆除操作箱至斷路器機(jī)構(gòu)的合閘回路，通過(guò)按照相應(yīng)時(shí)序控制分合閘脈沖，檢測(cè)保護(hù)操作箱（如圖7 所示）防跳繼電器常閉接點(diǎn)2TBUJ 后的電位是否變化，若是，則證明保護(hù)操作箱防跳功能具備。根據(jù)實(shí)際情況，確定最終的防跳整改方案（如根據(jù)保護(hù)設(shè)備廠商說(shuō)明書(shū)拆除保護(hù)操作箱防跳）。完善防跳回路后，恢復(fù)操作箱至斷路器機(jī)構(gòu)的合閘回路，再進(jìn)行包含保護(hù)操作箱的整組回路分位與合位防跳測(cè)試。

圖7 保護(hù)操作箱防跳原理圖^[6]

4   案例分析

利用構(gòu)建的斷路器防跳測(cè)試方法，以某變電站檢修中的線路間隔為例進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試該斷路器設(shè)備防跳功能，結(jié)果如圖8 所示。

圖8 斷路器防跳功能測(cè)試結(jié)果

5   結(jié)論

本文詳細(xì)闡述了斷路器防跳測(cè)試方法，建立了精確的防跳測(cè)試時(shí)序圖，為實(shí)現(xiàn)斷路器防跳程序化測(cè)試提供了算法支撐。利用斷路器雙位置接點(diǎn)消除了接點(diǎn)抖動(dòng)的影響，從而更精確計(jì)算斷路器機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)總結(jié)斷路器機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)能工作原理，設(shè)計(jì)了斷路器儲(chǔ)能時(shí)間的程序化測(cè)試方法，并在實(shí)際案例中得以應(yīng)用，大幅提高了變電站現(xiàn)場(chǎng)檢修工作效率。

參考文獻(xiàn)：

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[6] CZX-12R2型操作繼電器裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū)[Z].南京:南瑞繼保,2013:13-14.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）